Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение (методы анализа, лабораторные работы и задачи)

Подождите немного. Документ загружается.

СПЛАВЫ

ВЫСОКИМ

ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЕМ

(ПО

ГОСТ

12766-67)

Таблица

Сплав

Х13Ю4

©Х23Ю5

0Х23Ю5А

0Х27Ю5А

Х25Н20

Х20Н80

===0,15

===0,06

==50,05

==£0,05

=50,15

===0,15

Химический состав

Мп

===0,3

=£=0,3

«=2,0

.,,о

5^0,7

==50,6

«£l,0

0,4—

1,5

Сг

12,0—15,0

21,5—24,5

21,5—23,5

26,0—28,0

24,0—27,0

20,0—23,0

«£0,6

^0,6

===0,6

^0,6

17,0—20,0

Осн.

3,5—5,5

4,5—5,5

4,6—5,3

5,0—5,8

—

Удельное

сопротивление

ОМ'ММ

1,18—1,34*

1,29—1,45*

1,3—1,4*

1,37—1,47*

0,83—0,96

1,03—1,13**

Оптимальная

рабочая

тем-

пература,

°С

900

1150

1175

1250

900

1050

Назначение

Реостаты, нагревательные

элементы

бытовых

прибо-

ров

и аппаратов

То

же, для промышлен-

ных и лабораторных пе-

чей

То

же, стойкость выше

Нагревательные элемен-

ты промышленных и ла-

бораторных печей

Нагревательные

элемен-

ты

печей

электрических

аппаратов

теплового дей-

ствия

Для

проволоки

прутков диаметром

0,2

— 10,1

мм.

Для

проволоки

или

ленты толщиной

или

диаметром

от 0,1 до 0,5 мм.

Таблица

ЧУГУНЫ

(СТРУКТУРА, СВОЙСТВА

НАЗНАЧЕНИЕ)

Марка

Предел прочности,

кгс/мм

при

растяже-

нии

изгибе

Относи-

тельное

удлинение,

Назначение

1. СЕРЫЕ

ЧУГУНЫ

(ГРАФИТ ПЛАСТИНЧАТОЙ ФОРМЫ)

МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВОЙ

СЧ

12—28

СЧ

15—32

СЧ

18—36

СЧ

21—40

СЧ24—44

СЧ

28—48

СЧ

32—52

ферр

pep p

итной

ито-перлш

перлитной

Детали неответственного назначе-

ния

(крышки, шкивы, и т. п.)

Станины

станков и механизмов,

поршни,

цилиндры

Детали, работающие на износ: тор-

мозные барабаны, цилиндры, ше-

стерни

2. КОВКИЕ

ЧУГУНЫ

(ГРАФИТ ХЛОПЬЕВИДНОЙ ФОРМЫ)

МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВОЙ

КЧ35—10**

КЧ

37—12

КЧ

45—6

ферритной

^-10 I Фланцы, муфты

ферр

ито-перл

итной

Задний

мост, картер автомобиля,

ступицы

3. ВЫСОКОПРОЧНЫЕ (МАГНИЕВЫЕ)

ЧУГУНЫ

(ГРАФИТ ШАРОВИДНОЙ ФОРМЫ)

МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ ОСНОВОЙ

ВЧ

45—5

***

ВЧ50—2

ферритной

5»5

Траверсы прессов, фланцы, цилин-

дры, шестерни

I ~

перлитной

2 | Цилиндры, поршни

4. ОТБЕЛЕННЫЙ

ЧУГУН

(ЦЕМЕНТИТ

ПЕРЛИТ

В ПОВЕРХНОСТНОМ СЛОЕ)

НВ

300 — 450

Прокатные

валки, рабочие части

размольного оборудования, колеса

неответственного назначения

• По

ГОСТ 1412 — 70.

" По

ГОСТ 1215 — 59.

*** По

ГОСТ

7293—70.

1. СЕРЫЙ ЧУГУН

структуре

серых

чугунов

присутствует графит

пластинчатой

формы

(см. рис. 179). Отливки из этого

чугуна

получают в земля-

ных или металлических (чугунных) формах — кокилях. С увеличе-

нием

толщины отливки и, следовательно, с замедлением охлаждения

при повышенном содержании кремния образуется больше графита

его пластинки крупнее, а в металлической основе возрастает коли-

чество феррита. У отливок меньших размеров и при несколько по-

ниженном

содержании кремния (или соответственно при более

высоком содержании марганца

) количество графита уменьшается,

а металлическая основа становится феррито-перлитной и перлитной,

что повышает прочность.

Из-за

сравнительной простоты получения отливок серые

чугуны

были самым распространенным видом

чугуна.

Однако их механи-

ческие свойства (особенно пластичность) ниже, чем у

других

чугунов

с графитом (см. табл. 34). Серые

чугуны

используют для менее

ответственного назначения и при отсутствии ударных нагрузок.

КОВКИЙ

ЧУГУН

Он

имеет в

структуре

графит хлопьевидной формы (см. рис. 181)

в связи с этим более высокие механические свойства, прежде

всего пластичность. Однако процесс получения ковких

чугунов

сложнее. Чугуны с более высокими свойствами выплавляют в элек-

трических печах, что позволяет уменьшить в них содержание

угле-

рода и полнее удалить серу и фосфор. Все ковкие

чугуны

содержат,

кроме того, меньше кремния.

В отливке они должны получать

структуру

белого доэвтектиче-

ского

чугуна.

Отливки должны быть сравнительно небольшими, чтобы

задержать графитизацию при сравнительно ускоренном охлаждении.

Последующая графитизация отливок для получения окончатель-

ной

структуры с хлопьевидным графитом и повышенных механиче-

ских свойств происходит при нагреве до

950—980°

С, т. е. в твердом

состоянии

и в процессе медленного охлаждения. Это

требует

очень

длительного времени: до

100—120

ч *. Ковкие

чугуны

более целе-

сообразно использовать для тонкостенных деталей.

3. ВЫСОКОПРОЧНЫЙ ЧУГУН

Он

имеет графит шаровидной формы (см. рис. 180), что в меньшей

степени нарушает сплошность металлической основы (особенно по

сравнению с графитом пластинчатой формы). Прочностные свойства

этих

чугунов

наиболее высокие; они не

уступают

в прочности

угле-

родистым конструкционным сталям, подвергаемым термической

Или хрома в легированных

чугунах.

* Предложены новые способы обработки жидкого металла, позволяющие уско-

рить процесс графитизации на

20—30%.

423

обработке, но пластичность высокопрочных чугунов, ниже, чем

у стали и у ковкого

чугуна.

Высокопрочные чугуны получают модифицированием магнием

(или

церием) в ковше жидкого

чугуна,

выплавляемого в вагранке

с охлаждением как и серых чугунов в земляных и металлических

формах. Использование в промышленности высокопрочных чугунов,

главным образом для массивных отливок, из-за повышенных меха-

нических свойств возрастает за счет серых чугунов.

4. ОТБЕЛЕННЫЙ

ЧУГУН

Он

имеет в сердцевине структуру серого или высокопрочного

чугуна,

а в поверхностном слое повышенной твердости (ЯВ450—

550) — ледебурит и перлит. Это создает высокую износостойкость,

но

резко

ухудшает

обрабатываемость резанием. Отбеленный

чугун

используют в ограниченных пределах для деталей простой формы,

получающих чистую поверхность при литье, выполняемом отливкой

металлические кокили, т. е. в условиях ускоренного охлаждения

поверхностных слоев.

БЕЛЫЙ

ЧУГУН

Он

имеет структуру перлит и цементит по всему сечению (или

на

большую глубину) и, как правило, доэвтектический. При вы-

сокой

износостойкости и твердости, но плохой обрабатываемости

резанием белые чугуны имеют сильно сниженные механические

свойства и почти не применяются.

В. Медные сплавы

Для деталей машин используют сплавы меди с цинком, оловом,

алюминием, кремнием и др. (а не чистую медь) из-за их большей

прочности:

30—60

кгс/мм

у сплавов и

25—29

кгс/мм

у технически

чистой меди (табл. 35—39).

Медные сплавы (кроме бериллиевой бронзы и некоторых алю-

миниевых бронз) не принимают термической обработки, и их меха-

нические

свойства и износостойкость определяются химическим

составом и его влиянием на

структуру.

Модуль упругости медных

сплавов

(9000—12

000 кгс/мм

) ниже, чем у стали.

Основное преимущество медных сплавов — низкий

коэффи-

циент

трения (что делает особенно рациональным применением

их в парах скольжения), сочетающийся для многих сплавов с вы-

сокой

пластичностью и хорошей стойкостью против коррозии в ряде

агрессивных сред и хорошей электропроводностью.

Величина коэффициента трения практически одинакова у всех

медных сплавов, тогда как механические свойства и износостой-

кость,

а также поведение в условиях коррозии зависят от состава

сплавов, а следовательно, от структуры. Прочность выше у

двух-

фазных сплавов, а пластичность у однофазных.

424

ЛАТУНИ (ПО ГОСТ 15527 — 70)

Таблица

Марка

Химический состав,

Си

А|

РЬ

Другие

элементы

Назначение

Л96

(томпак)

Л80

(полутомпак)

Л68

ЛС

59-1

-ЛА

77-2

Л О

70-1

-ПА 67-2,5

1. ПРОСТЫЕ ЛАТУНИ

Пластичные (однофазные),

деформируемые

в холодном и горячем состоянии

Трубки

радиаторные,

листы,

ленты

Трубы,

лента,

проволока

Листы,

ленты

для глубокой

вытяжки

Меньшей пластичности (двухфазные),

деформируемые

в горячем состоянии и литейные

95,0—97,0

79,0—81,0

67,0—70,0

57,0—60,0 0,8—1,9

Листы,

трубы,

литье;

хорошая обрабаты-

ваемость

резанием

2. СЛОЖНЫЕ ЛАТУНИ ПОВЫШЕННОЙ СТОЙКОСТИ ПРОТИВ КОРРОЗИИ

Обрабатываемые давлением (однофазные)

76,0—79,0

69,0—71,0

66—68

1,7—2,5

2—3

—

— 1,5

Литейные (двухфазные) (по ГОСТ 17711—72)

«1,0

Трубы

морском

общем

машиностроении

Трубы

подогревателей

Отливки

морском

общем

машино-

строении

СЛОЖНЫЕ ЛАТУНИ ПОВЫШЕННОЙ ПРОЧНОСТИ

СТОЙКОСТИ ПРОТИВ КОРРОЗИИ

Обрабатываемые давлением (однофазные)

ЛАН

59-3-2

ЛАЖ

60-1-1

ЛМцЖ

55-3-1

ЛМцОС

58-2-2-2

57,0—60,0

58,0—61,0

53—58

57—60

2,5—3,5

0,75—1,5

2—3

0,8—1,5 Fe

Литейные (двухфазные) по ГОСТ 17711—72

«0,5

0,5—2,5

1,3—4,5

1,5—2,5

0,5—1,5 Fe,

4—3 Мп

1,5—2,5

Мп

Трубы,

тяжелонагруженные детали в мо-

торо-

и судостроении

Массивное

литье в судостроении

Шестерни,

зубчатые

колеса

Zn —

остальное.

Бр.ОФ6,5-0,15

Бр.ОЦ4-3

Бр.ОЦЮ-2

Бр.ОФЮ-1

Бр.ОНС!

1-4-3

Бр.А5

Бр.АЖ 9-4

Бр.АЖН10-4-4

Таблица

-36

Марка

Sn Р

МЕДНЫЕ

СПЛАВЫ.

Химический состав,

Zn Ni

ОЛОВЯННЫЕ

БРОНЗЫ

Назначение

1. ОБРАБАТЫВАЕМЫЕ ДАВЛЕНИЕМ (ОДНОФАЗНЫЕ)

(по

ГОСТ

5017—49)

6—7

3,5—4

9—И

9—11

0,1—0,25

2,7—3,3

Ленты, сетки в аппаратостроении, бумажной

промышленности. Мембраны, пружины, де-

тали, работающие на трение

Пружины, мембраны контакты

2. ЛИТЕЙНЫЕ (ДВУХФАЗНЫЕ)

ПО ТУ

0,8—1,2

2—4

Шестерни,

втулки, подшипники

То же, пластичность выше

То же, при нагреве; втулки клапанов

Марка

А1

Химический

АЛЮМИНИЕВЫЕ

состав,

БРОНЗЫ

(ПО

ГОСТ

18175 — 72)

Назн

эчение

Таблица

1. ВЫСОКОЙ ПЛАСТИЧНОСТИ (ОДНОФАЗНЫЕ)

4—6 | — | — | Ленты, полосы, для пружин

2. ВЫСОКОЙ ПРОЧНОСТИ (ДВУХФАЗНЫЕ)

8—10

9,5—11

2—4

3,5—5,5

Шестерни,

втулки, арматура, в том числе для работы в морской воде

(прокат и литье)

То же, при больших давлениях и трении

Таблица 38

КРЕМНИСТЫЕ

БРОНЗЫ

(ПО

ГОСТ

18175-72)

Марка

Бр.КМц

3-1

Бр.КН

1-3

Химический состав,

2,75—3,5

0,6—1,1

Мп

1-1,5

0,1—0,4

2,4—3,4

Назначение

Пружины, трубы, втулки в судостроении, авиации, химической про-

мышленности

Втулки, клапаны, болты и

другие

детали для работы в морской в

сточных водах

Таблица 39

БЕРИЛЛИЕВЫЕ

БРОНЗЫ

(ПО

ГОСТ 18175 —

72)

Бр

Марка

бронзы

Б2

.БНТ1.7

.БНТ1.9

.БНТ1,9Мг**

Be*

1,8—2,1

1,6—1,85

1,85—2,1

1,85-2,1

Химически]

0,2—0,5

0,2—0,4

0,2-0,4

состав,

—

0,1—0,25

0,1-0,25

—

0,07—0,13

Высокопрочные

сильфоны

Назначение

токоведущие пружины, мембраны.

* С

увеличением содержания бериллия

введением магния возрастают

упругие

свойства.

•• По ТУ.

Марки

медных

сплавов.

Марки обозначаются следующим об-

разом.

Первые буквы в марке означают: Л — латунь и Бр. — бронза.

Буквы,

следующие за буквой Л в латуни или за Бр. в бронзе,

означают: А — алюминий, Б — бериллий, Ж — железо, К — крем-

ний,

Мг — марганец, Н — никель, О — олово, С — свинец, Ц —

цинк,

Ф — фосфор.

Цифры,

помещенные после буквы, указывают среднее процент-

ное

содержание элементов. Порядок расположения

цифр,

принятый

для латуней, отличается от порядка, принятого для бронз.

В марках латуни первые две цифры (после буквы) указывают

содержание основного компонента — меди. Остальные цифры, отде-

ляемые

друг

от

друга

через тире, указывают среднее содержание

легирующих элементов. Эти цифры расположены в том же порядке,

как

и буквы, указывающие присутствие в сплаве того или иного

элемента. Таким образом, содержание цинка в наименовании марки

латуни не указывается и определяется по разности. Например,

Л68 означает латунь с 68% Си (в среднем) и не имеющую

других

легирующих элементов, кроме цинка; его содержание составляет

(по

разности) 32%. ЛАЖ

60—1—1

означает латунь с 60% Си,

легированную алюминием (А) в количестве 1%, железом (Ж)

количестве 3% и марганцем (Мц) в количестве 1%. Содержание

цинка

(в среднем) определяется вычетом из 100% суммы процентов

содержания меди, алюминия, железа и марганца.

В марках бронзы (как и в сталях) содержание основного компо-

нента

— меди — не указывается, а определяется по разности. Цифры

после букв, отделяемые

друг

от

друга

через тире, указывают среднее

содержание легирующих элементов; цифры расположены в том же

порядке,

как и буквы, указывающие на легирование бронзы тем

или

иным компонентом. Например, Бр.ОЦЮ—2 означает бронзу

с содержанием олова (О) ~4% и цинка (Ц) ~3%. Содержание

меди определяется по разности (из 100%). Бр.АЖНЮ—4—4 озна-

чает бронзу с 10% А1, 4% Fe и 4% Ni (и 82% Си). Бр.

КМцЗ—1

означает бронзу с 3% Si и 1% Мп (и 96% Си).

I. МЕДНО-ЦИНКОВЫЕ

СПЛАВЫ.

ЛАТУНИ

(табл.

35)

По

химическому составу различают латуни простые и сложные,

а по

структуре

— однофазные и двухфазные.

Простые латуни легируются одним компонентом: цинком.

Однофазные простые латуни имеют высокую пластичность; она

наибольшая у латуней с

30—32%

цинка (латуни Л70, Л67). Латуни

с более низким содержанием цинка (томпаки и полутомпаки)

усту-

пают латуням Л68 и Л70 в пластичности, но превосходят их в элек-

тро-

и теплопроводности. Они поставляются в прокате и в по-

ковках.

Двухфазные простые латуни имеют хорошие ковкость (но глав-

ным

образом при нагреве) и повышенные литейные свойства и ис-

пользуются не только в виде проката, но и в отливках. Пластичность

42Н

их ниже, чем у однофазных латуней, а прочность и износостойкость

выше за счет влияния более твердых частиц второй фазы.

Прочность простых латуней

30—35

кгс/мм

при однофазной

структуре

40—45

кгс/мм

при двухфазной. Прочность однофазной

латуни может быть значительно повышена холодной пластической

деформацией. Эти латуни имеют достаточную стойкость в атмосфере

воды и пара (при условии снятия напряжений, создаваемых холод-

ной

деформацией).

Сложные латуни вследствие дополнительного легирования имеют

более высокую прочность: до

50—55

кгс/мм

. Они хорошо устой-

чивы в морской воде.

ОЛОВЯННЫЕ

БРОНЗЫ

(табл.

36)

Однофазные и двухфазные бронзы превосходят латуни в проч-

ности и сопротивлении коррозии (особенно в морской воде).

Однофазные бронзы в катаном состоянии, особенно после значи-

тельной холодной пластической деформации, имеют повышенные

прочностные и

упругие

свойства (ст

^ 40 кгс/мм

Для двухфазных бронз характерна более высокая износостой-

кость. Важное преимущество двухфазных оловянистых бронз —

высокие литейные свойства; они получают при литье наиболее

низкий

коэффициент усадки по сравнению с другими металлами,

в том числе с чугунами. Оловянные бронзы применяют для литых

деталей сложной формы. Однако для арматуры котлов и подобных

деталей они используются лишь в

случае

небольших давлений

пара. Недостаток отливок из оловянных бронз — значительная

микропористость. Поэтому для работы при повышенных давлениях

пара они все больше заменяются алюминиевыми бронзами.

Из-за

высокой стоимости олова чаще используют бронзы, в ко-

торых часть олова заменена цинком (или свинцом).

АЛЮМИНИЕВЫЕ

БРОНЗЫ

(табл.

37)

Эти бронзы (однофазные и двухфазные) все более широко заме-

няют латуни и оловянные бронзы.

Однофазные бронзы в группе медных сплавов имеют наибольшую

пластичность (б до 60%). Их используют для листов (в том числе

небольшой толщины) и штамповки со значительной деформацией.

После сильной холодной пластической деформации достигаются

повышенные прочность и упругость.

Двухфазные бронзы подвергают горячей деформации или при-

меняют в виде отливок. У алюминиевых бронз литейные свойства

(жидкотекучесть) ниже, чем у оловянных; коэффициент усадки больше,

но

они не образуют пористости, что обеспечивает получение более

плотных отливок. Литейные свойства улучшаются введением в ука-

занные бронзы небольших количеств фосфора. Бронзы в отливках

используют, в частности, для котельной арматуры сравнительно

простой формы, но работающей при повышенных напряжениях.

429

Кроме того, алюминиевые двухфазные бронзы имеют более

высокие прочностные свойства, чем латуни и оловянные бронзы.

У сложных алюминиевых бронз, содержащих никель и железо,

прочность составляет

55—60

кгс/мм

Все алюминиевые бронзы, как и оловянные, хорошо устойчивы

против коррозии в морской воде и во влажной тропической атмо-

сфере.

Алюминиевые бронзы используют в судостроении, авиации и т. д.

В виде лент, листов, проволоки их применяют для

упругих

элемен-

тов, в частности для токоведущих пружин.

КРЕМНИСТЫЕ

БРОНЗЫ

(табл.

38)

Применение

кремнистых бронз ограниченное. Используются

однофазные бронзы как более пластичные. Они превосходят алю-

миниевые бронзы и латуни в прочности и стойкости в щелочных

(в

том числе сточных)

средах.

Эти бронзы применяют для арматуры и

труб,

работающих в ука-

занных

средах.

Кремнистые бронзы, дополнительно легированные марганцем,

результате

сильной холодной деформации приобретают повышен-

ные прочность и

упругость

и в виде ленты или проволоки исполь-

зуются для различных

упругих

элементов.

БЕРИЛЛИЕВЫЕ

БРОНЗЫ

(табл.

39)

Бериллиевые бронзы сочетают очень высокую прочность (сг

до 120 кгс/мм

) и коррозионную стойкость с повышенной электро-

проводностью. Однако эти бронзы из-за высокой стоимости берил-

лия

используют лишь для особо ответственных назначений в изде-

лиях небольшого сечения в виде лент, проволоки для пружин,

мембран, сильфонов и контактов в электрических машинах, аппа-

ратах и приборах.

Указанные свойства бериллиевые бронзы получают после за-

калки

и старения, так как растворимость бериллия в меди умень-

шается с понижением температуры (см. рис. 130). Выделение при

старении частиц химического соединения СиВе повышает прочность

уменьшает концентрацию бериллия в растворе (меди).

Г. Алюминиевые сплавы

Основные преимущества алюминиевых сплавов, определяющие

область их применения — малая плотность

(2,7—3,0

г/см

) при

достаточно высоких механических свойствах. Однако они

уступают

сплавам на железной основе в величине модуля упругости: 7 х

X Ю

кгс/мм

у алюминия и 20 10

кгс/мм

у сталей и чугунов.

Кроме того, алюминиевые сплавы мало пригодны для упрочнения

поверхностного слоя способами химико-термической обработки и

их твердость и износостойкость ниже, чем стали. Некоторые из них,

«0